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哈勃太空望远镜已经运行30年,为什么还能继续充当人类的眼睛?

哈勃太空望远镜已经运行30年,为什么还能继续充当人类的眼睛?

毫无疑问,从1990年4月24日哈勃太空望远镜成功发射升空的那一天开始,它就成为了人类探索宇宙物体的一双“大眼睛”。并且,科学家们还表示:至今已有30年“工龄”的哈勃太空望远镜,在其失去探测能力之前会一直为人类的宇宙探索事业继续工作,而纪录片《哈勃三十年:揭示宇宙奇观》就为我们解开了整个哈勃的历程。

那么,你是否了解:在哈勃太空望远镜已经运行30年之久以后,为什么还能继续充当人类观测宇宙的眼睛?而被称为“宇宙之眼”的哈勃太空望远镜,又是如何打开人类观测宇宙的视野、并通过自己的实际观测证据,直接改写了人类过去几百万年对宇宙的认知?

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预期寿命只有十年的哈勃太空望远镜,为什么已经正常运行30年?

哈勃太空望远镜也被归类为卡塞格林反射镜,虽然它拍摄的许多照片都广为人知,但并不是所有人都了解,它的预期寿命其实只有10年。但是,正如我们现在看到的这样,哈勃太空望远镜不仅完美的为人类宇宙探索事业工作了十年,哪怕截至目前已经不停运行了30年的时间,它依然在不停的给我们带回各种意想不到的惊喜发现。

哈勃太空望远镜已经运行30年,为什么还能继续充当人类的眼睛?

而之所以哈勃太空望远镜可以观测到人眼无法看到的这些信息,本质上是因为它能够捕获到人眼无法观察到的波长,包括紫外光,它拥有比地面望远镜更宽的电磁频谱范围。而且,哈勃太空望远镜所处的位置,也完美避开了地球大气层会造成的模糊效应,哪怕是直径只有0.05弧秒的宇宙物体也逃不过它的眼睛。科学家们也表示,只要哈勃太空望远镜还能继续进行宇宙探测任务,便不会主动将其换下,直到正常运行的最后一刻为止。

当然,这个时候你可能会有些好奇了,为什么一个预计只能工作10年的天文望远镜,竟然还可以在30年之后依然正常运转。其实,这跟哈勃太空望远镜的设计有很大关系,因为,科学家们可以根据它存在的问题来进行维修和改进,包括使用更新的观测仪器。

哈勃太空望远镜的诞生经历了漫长而艰难的数十年时间,虽然早在1946年的时候有了初步构想,但过程中也因为各种问题而被一再推迟。而哈勃成功发射的开始,便遭遇了主镜存在球面像差,从而导致了望远镜本身的观测能力下降的问题,再加上探测技术也会随着时间而进步,所以,才会有了宇航员之后的连续多次维修和完善任务。

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五次维修和升级-哈勃太空望远镜如何打开人类观测宇宙的视野?

1993年哈勃进行了第一次维护:在距离哈勃太空望远镜升空大约3年之后,宇航员对其进行了一次维修和升级的操作。首先,宇航员对技术相对已经比较落后的广角和行星照相仪进行了移除,然后,宇航员紧接着就安装了2号广角和行星照相仪,这两者之间的交替主要是为了实现功能上的提升。

或许很多人并不了解,其实早在20世纪00年代的时候,埃德温·哈勃就发现了宇宙的膨胀会产生红移现象,而偏移的程度则取决于距离的大小。 简而言之,也正是由于红移现象的存在,那些遥远星系中的光都被移动到了红外光。这个与埃德温·哈勃同名的哈勃太空望远镜,便是通过自己的光学仪器拍摄出了NHDF,也就是所谓的“北哈勃深场” 小区域夜空影像。

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1997年哈勃进行了第二次改造:时隔七年之后,也就是哈勃首次维护四年之后,搭乘“发现号”航天飞机的7名美国宇航员,再次对哈勃太空望远镜进行了改造。而这次升级的主要目的则是实现深空观测,尤其是那些有恒星正在形成的特殊区域。

在这次执行任务的过程中,宇航员们不仅对哈勃的图像摄谱仪、多目标分光仪和红外照相机等设备进行了更换,与此同时,还对哈勃望远镜上已经剥落的绝缘层进行了修补。简单来说,此次改造任务一共涉及到了一种设备维修,以及11种设备的更换升级,维护力度远超第一次。

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1999年哈勃迎来了自己的第三次维修和升级:虽然执行此次更换任务的仍然是发现号,但维护内容却与之前的两次完全不同。一方面,宇航员们更换了望远镜上的所有陀螺仪,以及计算器和导星传感器。

另一方面,宇航员们同时还对绝热的毯子进行了替换,并通过一套新的温度/电压改善工具来避免电池出现温度过高的情况。也就是说,这一次更像是对在此之前使用已久的构造部分进行替换,并对当时存在的问题进行了完善。

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2001年哈勃太空望远镜进行了第四次完善:这一次科学家们用来执行任务的航天飞机不再是发现号,而是通过哥伦比亚号航天飞机来对哈勃进行第四次完善。而就完善内容来说,宇航员们主要是安装了测绘照相机,对工作了十多年的电力控制装置,以及太阳能电池板进行了更换,然后对多目标分光机和处于休眠状态的近红外照相机进行了激活。

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2009年是哈勃迄今为止的最近一次维护:在这一次哈勃维护和升级任务中,科学家们不仅对其现有的STIS(太空望远镜成像光谱仪)和ACS(高级巡天相机)进行问题维修,更换了使用长达18年之久的电池。而且还在哈勃太空望远镜上加装了宽视场相机3,安装上了用来控制望哈勃指向的6个新陀螺仪和可以辅助哈勃选择正确指向的制导系统,以及宇宙起源光谱仪这几种全新的探测设备。

比如,曾经在2004年被哈勃拍摄到的拥有行星尺寸的一个系外星系,便没有再次出现在哈勃太空望远镜的视线里。科学家们认为,这很可能是因为当时的设备不够完善,那时所拍摄到的或许不过是一个处于膨胀状态的尘埃云。而它的形成则始于附近恒星发生的碰撞事件,只不过由于此类碰撞事件尤为罕见,更难以被探测仪器捕获,所以还需要更多的时间进行进一步确认。

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哈勃太空望远镜-用30年时间带回了众多了不起的宇宙新发现

观测到了有史以来最强的伽马射线爆发

简单来说,所谓的伽马射线爆发其本质就是能量爆炸,一般是发生在巨型恒星在进入超新星的同时,由于出现了双光束的伽马射线,所以引发了能量爆炸。在宇宙中,尽管伽马射线爆发这种现象并不罕见,甚至可以将其称为最活跃的宇宙现象之一,但到现在为止,人类对它的研究相对还比较少。

虽然,在伽马射线爆发现象发生的时候,哪怕是在几十亿光年以外的地方都可以看到事件过程中散发出的光线。但是,由于伽马射线爆发本身的持续时间只有短短的几秒钟,再加上黑洞的形成又于这个过程密切相关。所以,在哈勃太空望远镜捕获到此类信息(比如,产生GRB 190114C的超新星)以前,科学家们很难对这种现象上很常见、但罕见能够捕获到有效信息的伽马射线爆发进行深入研究。

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捕获了恒星系统、乃至宇宙的重要信息

在哈勃太空望远镜这30年的宇宙探索过程中,科学家们不仅通过它的实际观测信息否定了“地心说”这样的固有观念,对诞生于宇宙早期阶段的重元素组成进行了分析。哈勃太空望远镜的观测信息更让我们了解到,那些位于死亡恒星周围的复杂气体壳是怎样的结构,以及银河系中最耀眼的类星体存在于怎样的环境中。

哈勃太空望远镜已经运行30年,为什么还能继续充当人类的眼睛?

虽然,人类在地球上已经生活了几百万年的时间,但以前的人们受限于当时的社会文明程度,所以才形成了所谓的“地心说”、或“日心说”观念。相信很多人都对哈勃捕获到的各种星云图像赞叹不已,人类便是在了解到年轻恒星周围的环境之后,才知道了在我们的银河系之外,其实还有很多其他行星系统正在形成。地球和太阳都不是宇宙的中心,即便是它们所在的银河系,也只不过是宇宙中不计其数的恒星系统之一。

与此同时,原本充满争议的宇宙年龄,也从数十亿年到数百亿年这个巨大的浮动范围,精确到了138亿年左右。而诞生于宇宙大爆炸之后6.8亿年左右的EGS77,则被称为已知最古老而遥远的三重星系群,它同样也是哈勃太空望远镜的观测成果。

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揭示了暗能量和超大质量黑洞的存在

众所周知,黑洞是宇宙中最神秘的物体之一,当Event Horizon Telescope(事件视界望远镜)拍摄到M87*黑洞的照片时,相信所有人都跟我一样激动不已,尽管它并不是一张传统意义上的黑洞照片。而M87*黑洞作为超大质量黑洞成员之一,它的同类在宇宙各大星系中并不罕见。因为,根据科学家们目前的研究来看,理论上所有大质量星系的核心都至少存在一个超大质量黑洞,而此类宇宙存在体的发现者正是哈勃太空望远镜。

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而宇宙中另一种被称为暗能量的神秘物质,其实也是由哈勃太空望远镜发现的。因为它的观测数据分析出,宇宙的膨胀速率并不像科学家们之前预期的那样正在减缓,反而还会随着时间的递进而加速膨胀。而唯一可以解释宇宙膨胀速率加快的理由,便是存在一种人类暂时还了解较少的能量形态,一直在影响宇宙的膨胀速率。

哈勃太空望远镜已经运行30年,为什么还能继续充当人类的眼睛?

关于哈勃和宇宙探测的未来:

哈勃太空望远镜虽然经历过5次维修和升级,但科学家们的确通过这样的方式实现了哈勃太空望远镜的翻新升级和正常运转,而这一切都得益于最初关键子系统的相关设计。虽然,NASA已经计划将在2021年发射搭载更多新功能的詹姆斯·韦伯太空望远镜,但研究人员期望的最理想状态,则是它们能够同时正常运行。

哈勃太空望远镜已经运行30年,为什么还能继续充当人类的眼睛?

事实上,当我们对宇宙的奥秘了解越多,就会发现自己知道的越少,正如我们通过哈勃太空望远镜了解到了超大质量黑洞和暗能量的存在,但这两种宇宙存在体又因为无法直接观测到而让我们捉摸不透。而随着一个谜团揭开,带来更多的未解之谜,这其实也意味着我们距离真实的宇宙更近了一步,这大概也是人类为什么从未停止对宇宙物体的研究。

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